球形机器人是一种以滚动方式行走的新型移动机器人,其具有运动速度快、转弯灵活等特点。球形机器人的机械结构和电路控制都在球壳内部,使其对复杂的物理环境具有很强的适应能力。球形机器人在军事、工业和生活等方面具有广泛的应用前景。由于球形机器人封闭的球壳限制了其对外界信息的感知能力,同时球形机器人行走时传感器需求一个稳定的架设平台。针对这两个问题,本文对球形机器人中偏心质量驱动构型进行改进,提出一种双目立体视觉球形机器人构型,根据其运动原理进行机械设计和动力学分析,设计了其控制系统,并成功研制球形机器人物理样机,完成相关实验,本文的研究内容主要如下：(1)由于球形机器人封闭球壳的限制,本文提出一种双目立体视觉球形机器人的结构设计方案,根据其运动原理进行机械设计和动力学建模,并对动力学模型进行化简、线性化以及解耦,是球形机器人的控制器设计的理论基础。(2)根据线性化的动力学模型,设计具有视觉反馈的运动控制器,该控制器由内环姿态控制器和外环位置控制器组成。建立了三维球形机器人虚拟样机,利用MATLAB/ADAMS进行联合仿真,实现球形机器人的自主控制,验证了该运动控制器的有效性。同时保证球形机器人运动过程中内部平台快速稳定收敛,设计基于动态滑模函数的球形机器人稳定平台控制,通过MATLAB仿真验证了控制器的有效性(3)提出球形机器人控制系统的整体设计方案,将控制系统分为下层运动控制系统、上层图像处理系统、执行系统、传感器系统以及电源系统,分析了各个子系统的基本组成以及关系。(4)对双目立体视觉球形机器人进行了实验研究,研制物理样机,通过电机码盘、视觉相机以及惯性测量单元实现球形机器人定位和稳定平台控制实验,得到相关的实验数据。